Введение
1. Определение
многоканальной системы передачи
Для передачи различного рода
сообщений широко используются электрические сигналы – электромагнитные колебания,
изменения параметров которых отображают передаваемые сообщения. Передача сообщений
с помощью электрических сигналов называется электросвязью.
В зависимости от передаваемых
сообщений существуют различные виды электросвязи: телефонная, телеграфная,
передачи данных и др.
Комплекс технических средств,
обеспечивающих передачу электрических сигналов, называется системой электросвязи.
Сообщением называют совокупность сведений о состоянии
какого-либо объекта. Источник и получатель сообщений разделены между собой некоторой
средой. Поэтому информация передается по каналам связи.
Канал связи – это совокупность технических средств
и среды распространения, обеспечивающая передачу сигналов электросвязи от
источника к получателю, в заданной области частот или с определенной скоростью.
В зависимости от вида передаваемых сигналов различают цифровые каналы,
аналоговые и смешанные.
Совокупность технических средств,
обеспечивающая формирование каналов связи, называется системой связи. Кроме аппаратуры,
осуществляющей преобразование и усиление сигналов, в состав системы связи входят
устройства электропитания, управления и сигнализации, а также линия связи.
Линией связи называется среда распространения электромагнитных
волн, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику.
Линии связи бывают проводные
и радиолинии. Проводными называются линии, в которых сигналы распространяются в
пространстве вдоль непрерывной направляющей среды. К проводным относятся кабельные
линии (электрические и световодные), волноводы и т.д. Применительно к проводным
линиям вводится понятие цепи связи, представляющей собой совокупность
проводов, по которым передается электрический сигнал. Преимущественно применяются двух- или четырехпроводные
цепи.
В радиолиниях сообщения передаются
посредством радиоволн в открытом пространстве. Применительно к радиолиниям
аналогичным понятием является ствол.
В наземных радиорелейных
линиях используются дециметровые и более короткие радиоволны, а ретрансляция
сигналов производится с помощью наземных приемопередающих станций. В системах
космической связи ретрансляционные станции устанавливаются на искусственных
спутниках Земли. Для связи с подвижными объектами распространение получили
сотовые системы связи.
Система передачи — совокупность технических средств, обеспечивающая
образование линейного тракта, типовых групповых трактов и каналов первичной
сети электросвязи, состоящая из станций системы передачи и среды
распространения сигналов электросвязи
Из всех элементов системы
наибольший процент стоимости приходится на линии связи. Поэтому возникает задача
разработки таких систем и методов, которые позволяют одновременно передавать по
одной физической цепи большое число независимых сообщений, т.е. использовать линию
многократно. Такие системы передачи называются многоканальными. Связь, осуществляемая
с помощью этих систем, называется многоканальной связью.
Системой N-канальной
связи называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную
и независимую передачу сообщений от N источников к N получателям по одной цепи
связи. К передатчику N -канальной системы связи подводятся первичные сигналы от
N источников сообщений. Эти сигналы подвергаются специальной обработке и
объединяются в общий групповой сигнал, поступающий на вход цепи связи. В
приемной части системы из группового сигнала выделяются индивидуальные сигналы отдельных
каналов, соответствующие передаваемым сообщениям и поступающие к N получателям.
Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи представлена на
рисунке 1.1
Сигнал в точках на
рисунке 1.1:
1 -
передаваемое
сообщение;
2 -
первичный
электрический сигнал – электрический сигнал, один из параметров которого
изменяется пропорционально передаваемому сообщению;
3 -
канальный
сигнал, предназначенный для передачи в составе группового сигнала
4 -
групповой
(многоканальный) сигнал;
5 -
линейный
сигнал, оптимизированный для передачи по данной линии связи;
6 -
аддитивные
шумы и помехи;
7 -
искаженный
линейный сигнал и помехи;
8 -
восстановленный
групповой (многоканальный) сигнал;
9 -
восстановленный
канальный сигнал;
10 -
восстановленный
первичный электрический сигнал;
11 -
восстановленное
сообщение.




![]()
![]()
![]()
![]()

Рисунок 1.1 –
Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи
Сигналы, используемые для
передачи сообщений в системах электросвязи, представляют собой электрические
напряжение или ток, изменяющиеся во времени. Характер изменений мгновенных
значений напряжения или тока сигнала однозначно соответствует передаваемым
сообщениям.
Значения напряжений
(токов) сигналов и помех в различных точках каналов и трактов имеют величины от
пиковольт (пикоампер) до десятков вольт (ампер). Мощности сигналов имеют
величины от долей пиковатт до ватт, киловатт и даже мегаватт. Чтобы облегчить
измерения и расчеты величин, значения которых изменяются в широком диапазоне и
чтобы при сравнении результатов измерений или расчетов операции умножения и
деления заменить соответственно сложением и вычитанием, вместо величин
мощности, напряжения и тока, выраженных в ваттах, вольтах и амперах (или их
долях), используют логарифмы отношения этих величин к одноименным
величинам, принятым за отсчетные. Относительные величины, выраженные в
логарифмической форме, называют уровнями передачи.
Уровни передачи,
представляющие десятичные логарифмы отношения одноименных
величин, называются децибелами (дБ), а уровни передачи,
представляющие натуральные логарифмы отношения одноименных
величин, называются неперами (Нп). В технике телекоммуникационных
систем сегодня принято пользоваться
децибелами.
Уровни передачи по
мощности, напряжению и току определяются следующими формулами соответственно:
![]()
![]()
![]()
В этих формулах Pх,
Uх, Iх – величины
мощности, напряжения или тока в рассматриваемой точке, а P0, U0 и
I0 — величины, принятые за исходные при определении уровней
передачи.
Если известны
сопротивления Zx и Z0 на которых
выделяются мощность, напряжение или ток, то на основании выражения
![]()
между уровнями передачи по мощности,
напряжению и току определены следующие зависимости:


В эти
выражения напряжения и токи подставляются в действующих значениях
,
.
В общем случае численные
значения уровней передачи по мощности, напряжению и току не совладают. Однако
при Zx = Z0 уровни по
мощности, напряжению и току равны между собой.
Уровни называются абсолютными,
если за исходное приняты следующие величины:
- мощность P0=1 мВт;
- действующее напряжение U0=0,7746
В;
- действующий ток I0=1,291
мА.
- сопротивление R0=600 Ом.
Очевидно,
зная абсолютные уровни, можно вычислить соответствующие напряжения /ток/ и
мощность
![]()
![]()
Можно
показать, что 1Нп =8,69 дБ, 1 дБ =0,115
Нп.



Уровни передачи
называются относительными, если величины P0, U0, I0 соответствуют значениям мощности, напряжения и тока в
точке цепи, принятой за отсчетную (начало, вход цепи). Легко показать, что
относительный уровень сигнала равен разности абсолютных уровней в данной точке
цепи (рх) и в точке, принятой за начало (р0). Так,
для уровня по мощности имеем:
![]()
где Рэт=1 мВт.
Очень важным
является понятие измерительного уровня. По определению МККТТ
измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке
системы (канала), если в начале этой системы (на входе канала) включен
нормальный генератор. Нормальным называется генератор с ЭДС, равной 2×0,775=1,55
В, и внутренним активным сопротивлением, равным 600 Ом. Частота тока
нормального генератора может быть любой, однако, на практике, если нет
специальной оговорки, частоту считают равной 800 Гц. Если входное сопротивление
канала активно и равно 600 Ом, то при подключении нормального генератора на
входе канала оказывается абсолютный нулевой уровень мощности, тока и
напряжения.
При
проектировании и эксплуатации систем связи необходимо знать величины уровней
сигнала в различных точках тракта передачи. Чтобы охарактеризовать изменения
энергии сигнала при его передаче, пользуются диаграммой уровней — графиком,
показывающим распределение измерительных уровней вдоль тракта передачи.
Каждый блок
системы характеризуется значениями сигнала на входе и выходе, что позволяет
охарактеризовать его:
-
коэффициентом
усиления по мощности и напряжению


-
затуханием блока

На рисунке 2.1
показана диаграмма уровней канала передачи, состоящего из усилителя передачи УСпер,
трех участков линии связи l1, l2 и l3, двух
промежуточных усилителей Ус1 и Ус2 и усилителя приема УCпр.
На диаграмме отмечены характерные точки тракта: точка 1 – вход; точка 2 –
выход канала; точки 3 – выходы оконечного усилителя передающей станции и
промежуточных усилителей; точки 4 – входы промежуточных и оконечного приемного
усилителей. Уровни в точках 3 определяются усилением усилителей; уровни в
точках 4 зависят от затуханий участков линии. Минимально допустимый уровень в
точках 4 определяется требуемым превышением сигнала над помехой (защищенностью):
Аз=10lg(РС/Рп)=рс-
рп,
где Рс
и Рп — мощности сигнала и помехи,
рс
и рп — соответствующие уровни.

Рисунок 2.1 -
Диаграмма уровней
Соотношение
между уровнями на входе и выходе канала определяется его остаточным затуханием,
которое представляет собой рабочее затухание, определенное в условиях замыкания
входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузки, соответствующие
номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала. Остаточное
затухание равно разности между суммой всех рабочих затуханий
, имеющихся в канале, и суммой всех
рабочих усилений
:

Для того
чтобы обеспечить нормальную работу системы связи величины мощностей, напряжений
и токов сигналов и соответствующих уровней нормируют; нормируют также
допустимые уровни помехи. При этом приходится считаться с тем, что вследствие
наличия затуханий и усилений, уровни сигналов и помех в различных точках канала
будут различными.
Чтобы
избавиться от неопределенности, все нормируемые величины относят к точке тракта
передачи
с нулевым измерительным уровнем (ТНОУ). Уровни по мощности, отнесенные
к точке с нулевым измерительным уровнем, обозначают через дБм0.
И в
заключение отметим, что приборы для измерения уровней передачи называются указателями
уровней и представляют собой обычные вольтметры, измерительная
шкала которых и входные регуляторы отградуированы в уровнях мощности и
напряжения.

Рисунок 2.2 – Схема для определения параметров сигнала на входе и выходе четырехполюсника